วิวัฒนาการและความก้าวหน้าของ CPOออปโตอิเล็กทรอนิกส์เทคโนโลยีการบรรจุร่วม
การบรรจุภัณฑ์ร่วมแบบออปโตอิเล็กทรอนิกส์ไม่ใช่เทคโนโลยีใหม่ การพัฒนาสามารถย้อนกลับไปได้ถึงทศวรรษ 1960 แต่ในขณะนี้ การบรรจุภัณฑ์ร่วมแบบออปโตอิเล็กทรอนิกส์เป็นเพียงการบรรจุภัณฑ์แบบง่ายๆ เท่านั้นอุปกรณ์อิเล็กโทรออปติกด้วยกัน ในช่วงทศวรรษ 1990 พร้อมกับการเติบโตของโมดูลการสื่อสารด้วยแสงในอุตสาหกรรม เทคโนโลยีการบรรจุภัณฑ์ร่วมทางโฟโตอิเล็กทรอนิกส์เริ่มปรากฏขึ้น ด้วยความต้องการพลังการประมวลผลสูงและแบนด์วิดท์สูงที่เพิ่มสูงขึ้นในปีนี้ เทคโนโลยีการบรรจุภัณฑ์ร่วมทางโฟโตอิเล็กทรอนิกส์และเทคโนโลยีสาขาที่เกี่ยวข้องจึงได้รับความสนใจอย่างมากอีกครั้ง
ในการพัฒนาเทคโนโลยี แต่ละขั้นตอนก็มีรูปแบบที่แตกต่างกันออกไป ตั้งแต่ 2.5D CPO ที่สอดคล้องกับความต้องการ 20/50Tb/s ไปจนถึง 2.5D Chiplet CPO ที่สอดคล้องกับความต้องการ 50/100Tb/s และในที่สุดก็บรรลุถึง 3D CPO ที่สอดคล้องกับอัตรา 100Tb/s
แพ็คเกจ 2.5D CPO ประกอบด้วยโมดูลออปติคอลและชิปสวิตช์เครือข่ายบนพื้นผิวเดียวกันเพื่อลดระยะทางของสายและเพิ่มความหนาแน่นของ I/O และ 3D CPO เชื่อมต่อ IC ทางแสงเข้ากับชั้นตัวกลางโดยตรงเพื่อให้ได้ระยะห่างของ I/O ที่น้อยกว่า 50 ไมโครเมตร เป้าหมายของการพัฒนานั้นชัดเจนมาก คือการลดระยะห่างระหว่างโมดูลแปลงแสงเป็นไฟฟ้าและชิปสวิตช์เครือข่ายให้น้อยที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้
ปัจจุบัน เทคโนโลยี CPO ยังอยู่ในช่วงเริ่มต้น และยังมีปัญหาอยู่หลายประการ เช่น ผลผลิตต่ำ ต้นทุนการบำรุงรักษาสูง และมีผู้ผลิตเพียงไม่กี่รายในตลาดที่สามารถจัดหาผลิตภัณฑ์ที่เกี่ยวข้องกับ CPO ได้อย่างครบถ้วน มีเพียง Broadcom, Marvell, Intel และผู้เล่นรายอื่นๆ อีกไม่กี่รายเท่านั้นที่มีโซลูชันที่เป็นกรรมสิทธิ์อย่างสมบูรณ์ในตลาด
เมื่อปีที่แล้ว Marvell ได้เปิดตัวสวิตช์เทคโนโลยี 2.5D CPO โดยใช้กระบวนการ VIA-LAST หลังจากประมวลผลชิปออปติคอลซิลิคอนแล้ว จะทำการประมวลผล TSV ด้วยความสามารถในการประมวลผลของ OSAT จากนั้นจึงเพิ่มฟลิปชิปไฟฟ้าเข้าไปในชิปออปติคอลซิลิคอน โมดูลออปติคอล 16 โมดูลและชิปสวิตช์ Marvell Teralynx7 จะเชื่อมต่อกันบน PCB เพื่อสร้างสวิตช์ ซึ่งสามารถทำอัตราการสวิตช์ได้ถึง 12.8Tbps
ในงาน OFC ปีนี้ Broadcom และ Marvell ยังได้สาธิตชิปสวิตช์รุ่นล่าสุดที่มีความเร็ว 51.2Tbps โดยใช้เทคโนโลยีการบรรจุร่วมแบบออปโตอิเล็กทรอนิกส์อีกด้วย
จากรายละเอียดทางเทคนิคของ CPO รุ่นล่าสุดจาก Broadcom แพ็คเกจ CPO 3D ได้รับการปรับปรุงกระบวนการผลิตเพื่อให้ได้ความหนาแน่นของ I/O ที่สูงขึ้น การใช้พลังงานของ CPO ลดลงเหลือ 5.5W/800G ซึ่งถือว่ามีประสิทธิภาพการใช้พลังงานที่ดีมาก ในขณะเดียวกัน Broadcom ก็ได้ก้าวข้ามขีดจำกัดไปสู่ CPO ความเร็ว 200Gbps และ 102.4T ในระดับคลื่นความถี่เดียว
Cisco ยังได้เพิ่มการลงทุนในเทคโนโลยี CPO และสาธิตผลิตภัณฑ์ CPO ในงาน OFC ปีนี้ โดยแสดงให้เห็นถึงการสะสมและการประยุกต์ใช้เทคโนโลยี CPO บนมัลติเพล็กเซอร์/ดีมัลติเพล็กเซอร์แบบบูรณาการมากขึ้น Cisco กล่าวว่าจะทำการทดลองใช้งาน CPO ในสวิตช์ขนาด 51.2Tb ก่อน จากนั้นจึงนำไปใช้งานในวงกว้างในสวิตช์ขนาด 102.4Tb ต่อไป
อินเทลได้เปิดตัวสวิตช์แบบ CPO มานานแล้ว และในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา อินเทลยังคงทำงานร่วมกับ Ayar Labs เพื่อสำรวจโซลูชันการเชื่อมต่อสัญญาณที่มีแบนด์วิดท์สูงขึ้นในรูปแบบการบรรจุร่วมกัน ซึ่งเป็นการปูทางไปสู่การผลิตอุปกรณ์บรรจุร่วมกันทางอิเล็กโทรออปติกและอุปกรณ์เชื่อมต่อทางแสงในปริมาณมาก
แม้ว่าโมดูลแบบเสียบปลั๊กได้ยังคงเป็นตัวเลือกแรก แต่การปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้พลังงานโดยรวมที่ CPO สามารถนำมาใช้ได้นั้นดึงดูดผู้ผลิตมากขึ้นเรื่อยๆ จากข้อมูลของ LightCounting การจัดส่ง CPO จะเริ่มเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญจากพอร์ต 800G และ 1.6T โดยจะเริ่มวางจำหน่ายในเชิงพาณิชย์อย่างค่อยเป็นค่อยไปตั้งแต่ปี 2024 ถึง 2025 และจะมีปริมาณมากตั้งแต่ปี 2026 ถึง 2027 ในขณะเดียวกัน CIR คาดการณ์ว่ารายได้จากตลาดของบรรจุภัณฑ์รวมโฟโตอิเล็กทริกจะสูงถึง 5.4 พันล้านดอลลาร์ในปี 2027
เมื่อต้นปีที่ผ่านมา TSMC ประกาศว่าจะร่วมมือกับ Broadcom, Nvidia และลูกค้ารายใหญ่อื่นๆ เพื่อร่วมกันพัฒนาเทคโนโลยีซิลิคอนโฟโตนิกส์ ส่วนประกอบออปติคอลบรรจุภัณฑ์ทั่วไป (CPO) และผลิตภัณฑ์ใหม่ๆ อื่นๆ โดยลดเทคโนโลยีการผลิตจาก 45 นาโนเมตรเหลือ 7 นาโนเมตร และกล่าวว่าจะเริ่มตอบสนองคำสั่งซื้อขนาดใหญ่ได้เร็วที่สุดในช่วงครึ่งหลังของปีหน้า และจะเริ่มผลิตในปริมาณมากได้ประมาณปี 2025
เทคโนโลยี CPO เป็นสาขาเทคโนโลยีสหวิทยาการที่เกี่ยวข้องกับอุปกรณ์โฟโตนิกส์ วงจรรวม การบรรจุภัณฑ์ การสร้างแบบจำลอง และการจำลอง ซึ่งสะท้อนให้เห็นถึงการเปลี่ยนแปลงที่เกิดจากการหลอมรวมทางด้านออปโตอิเล็กทรอนิกส์ และการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นกับการส่งข้อมูลนั้นก็เป็นสิ่งที่พลิกโฉมวงการอย่างไม่ต้องสงสัย แม้ว่าการใช้งาน CPO อาจจะพบเห็นได้เฉพาะในศูนย์ข้อมูลขนาดใหญ่มาเป็นเวลานาน แต่ด้วยการขยายตัวของกำลังการประมวลผลขนาดใหญ่และความต้องการแบนด์วิดท์สูง เทคโนโลยีการปิดผนึกร่วมด้วยแสงและไฟฟ้า CPO จึงกลายเป็นสนามรบใหม่
จะเห็นได้ว่าผู้ผลิตที่ทำงานในด้าน CPO โดยทั่วไปเชื่อว่าปี 2025 จะเป็นจุดเปลี่ยนสำคัญ ซึ่งเป็นจุดที่มีอัตราการแลกเปลี่ยนข้อมูลสูงถึง 102.4 Tbps และข้อเสียของโมดูลแบบเสียบปลั๊กจะยิ่งทวีความรุนแรงขึ้น แม้ว่าการใช้งาน CPO อาจจะมาอย่างช้าๆ แต่การบรรจุภัณฑ์ร่วมทางด้านออปโตอิเล็กทรอนิกส์ก็เป็นหนทางเดียวที่จะทำให้ได้เครือข่ายความเร็วสูง แบนด์วิดท์สูง และใช้พลังงานต่ำอย่างไม่ต้องสงสัย
วันที่เผยแพร่: 2 เมษายน 2567